L'energia ultrasonica agisce sul mezzo, facendo vibrare le particelle ad alta velocità e producendo cambiamenti meccanici come velocità, accelerazione, pressione sonora e intensità del suono, causando così effetti meccanici. Gli ultrasuoni sono una forma di propagazione dell'energia meccanica, che è correlata al processo ondulatorio e produce un effetto lineare di vibrazione. Quando l'onda ultrasonica si propaga nel mezzo, sebbene l'ampiezza dello spostamento delle particelle sia piccola, l'accelerazione della particella causata dall'onda ultrasonica è molto grande.
Se l'onda ultrasonica da 20 kHz, 1 W/cm2 si propaga nell'acqua, l'ampiezza della pressione sonora generata è 173 kPa, il che significa che l'ampiezza della pressione sonora deve cambiare 20.000 volte tra 173 kPa positivi e negativi al secondo e l'accelerazione massima delle particelle fino a 1440 km/s2, che è circa 1500 volte l'accelerazione di gravità, un movimento meccanico così intenso e in rapido cambiamento è l'effetto di vibrazione meccanica della potenza ultrasuoni.
Quando il mezzo ultrasonico non è un mezzo stratificato uniforme (come tessuto biologico, corpo umano, ecc.), l'impedenza acustica di ciascuno strato di mezzo farà sì che le onde sonore riflesse si riflettano e formino un'onda stazionaria. Gli antinodi e i nodi dell'onda stazionaria causano cambiamenti di pressione, tensione e accelerazione. Poiché la massa delle diverse particelle del mezzo (come le biomolecole) è diversa, la velocità di vibrazione causata dalla variazione di pressione è diversa e la variazione di pressione causata dal movimento relativo tra le particelle del mezzo è un'altra ragione dell'effetto meccanico ultrasonico. Gli effetti meccanici che utilizzano gli ultrasuoni dovrebbero essere elaborati (perforazione, taglio, compattazione, rafforzamento della superficie, saldatura, pulizia, lucidatura e rimozione di pellicole e sporco indesiderati, ecc.) e utilizzati anche per accelerare la dispersione, l'omogeneizzazione, l'emulsificazione e la frantumazione, la sterilizzazione e altri processi.
L'effetto meccanico degli ultrasuoni è stato ampiamente utilizzato nella produzione e gli esempi sono i seguenti.
Agitazione meccanica
Le vibrazioni ultrasoniche ad alta frequenza e la pressione delle radiazioni possono formare un'agitazione e un flusso efficaci in gas e liquidi. Il forte getto e il flusso di microscorrimento locale generato dalla vibrazione della bolla di cavitazione sulla superficie solida possono indebolire significativamente la tensione superficiale e l'attrito del liquido e distruggere lo strato attaccato dell'interfaccia solido-liquido, quindi non può raggiungere la normale agitazione meccanica a bassa frequenza. effetto. Questo effetto è la base fisica per l'applicazione di farmaci attraverso la pelle umana, prodotti di bellezza sulla pelle umana, degasaggio ad ultrasuoni, livellamento e perfezionamento di alimenti e cosmetici.
Interdiffusione
L'effetto della pressione e dell'alta temperatura delle vibrazioni ultrasoniche e della cavitazione vengono utilizzati per promuovere la penetrazione reciproca di molecole tra due liquidi, due solidi o interfacce liquido-solido e liquido-gas per formare nuove proprietà del materiale. Tali effetti possono essere la saldatura ad ultrasuoni di metalli o plastica, l'emulsificazione ad ultrasuoni, la pulizia, l'atomizzazione.
Omogeneizzare
Dopo che le bolle di cavitazione si sono chiuse, l'onda d'urto locale può schiacciare le particelle nel liquido per renderlo fine; rendere uniforme il cristallo; disperdere le gocce di latte grandi e irregolari in minuscoli agenti uniformi (come agenti di contrasto medici, agenti per il trattamento del cancro, ecc.); Può anche includere trombolisi e altri effetti.
Coesione
Le vibrazioni ultrasoniche possono far muovere le particelle sospese nel mezzo gassoso e liquido a velocità diverse, aumentando la possibilità di collisione di fase; oppure utilizzando onde stazionarie per farli tendere agli antinodi, così avviene il processo di agglomerazione. Rientrano in questa categoria la raccolta delle polveri nella canna fumaria e la pioggia artificiale.
Azione di taglio meccanico
Grazie alla grande accelerazione delle vibrazioni ultrasoniche e all'effetto della cavitazione e della corrosione acustica, è possibile eseguire una lavorazione speciale e precisa di materiali duri e fragili (gemme, ceramica, vetro, acciaio magnetico, ecc.).
Distruggi
L'uso di impulsi ultrasonici ad alta intensità può frantumare i calcoli renali e biliari nel corpo senza danneggiare i tessuti molli.
